АВАРИЙНАЯ СИСТЕМА ПИТАНИЯ И БОРИРОВАНИЯ ДЛЯ РЕАКТОРА, ОХЛАЖДАЕМОГО ВОДОЙ ПОД ДАВЛЕНИЕМ, И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТАКОЙ АВАРИЙНОЙ СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ И БОРИРОВАНИЯ Российский патент 2000 года по МПК G21C15/18 G21C9/00 

Изобретение относится к аварийной системе питания и борирования для реактора, охлаждаемого водой под давлением, а также к способу эксплуатации такой системы.

B случае аварии реактора, охлаждаемого водой под давлением, вследствие необходимого отвода тепла в первичном контуре должно содержаться достаточное количество первичной охлаждающей воды, или иметься возможность дополнительной подпитки ее туда. Кроме того, по причинам ядерной физики реактор должен иметь возможность переводиться с помощью добавки бора в состояние подкритичности и удерживаться в нем.

До сих пор согласно DE-C3-22 07 870 для этой относительно питания охлаждающей водой общей задачи использовали две различные системы, а именно, с одной стороны, аварийную систему питания для пополнения первичной охлаждающей воды в случае потери охлаждающего средства или неплотности нагревательных труб парогенератора и, с другой стороны, дополнительную систему борирования для отключения реактора, (например, после воздействия снаружи или выхода из строя управляющих стержней) и для нормального вывода реактора из эксплуатации. Обе системы вместе требуют по сравнению с одной единственной системой примерно двойных затрат на трубопроводы, арматуру, управляющую и измерительную технику и прохождения через защитную оболочку.

В WO-90/09025 описан подключаемый к первичному контуру установки ядерного реактора вспомогательный контур. Вспомогательный контур служит для регулирования количества, а также оказания воздействия на химический состав первичного охлаждающего средства, в частности, на содержание бора. Вспомогательный контур содержит для этого средства для отбора первичного охлаждающего средства, а также для обратного запитывания первичного охлаждающего средства в первичный контур охлаждения. Во вспомогательном контуре расположен большой резервуар воды-водяного пара, который выполняет различные функции. В нижней области резервуара хранится запас борированной воды, которая с целью аварийного питания запитывается через отдельный и имеющий достаточные размеры трубопровод непосредственно в первичный контур охлаждения вниз по течению насоса главного охлаждающего средства. Имеющееся в запасе для регулирования количества в резервуаре первичное охлаждающее средство подводится рециркуляционным насосом через возвратный трубопровод непосредственно к насосу главного охлаждающего средства. Аварийное питание происходит нерегулированно вследствие господствующего в резервуаре давления, в то время как регулирование количества и химическое воздействие на первичное охлаждающее средство происходит полностью независимо от этого перед или после резервуара. Аварийное питание и регулирование количества и состава первичного охлаждающего средства таким образом являются, кроме общего использования резервуара, с точки зрения технологии полностью отдельными друг от друга.

В Европейской патентной заявке 0405720А2 описана пассивная аварийная система питания, которая основана на различиях плотности в воде и путем естественной циркуляции должна поддерживать желаемую концентрацию бора.

Другая, основанная на принципе выполнения естественной циркуляции резервная система и система для тепла послераспада указана в DE 2521269А1. Описанная там аварийная система питания содержит резервный контур и контур охлаждения тепла послераспада для реактора, охлаждаемого водой под давлением. В контуре расположен охладитель тепла послераспада с включенным параллельно нему резервуаром борной кислоты, перед которыми включена параллельная схема из насоса и закрываемого заслонкой трубопровода. Насосом при неповрежденном первичном контуре охлаждения вода прокачивается через охладитель тепла послераспада. В случае аварии заслонка открывается, и возникает естественная циркуляция через охладитель тепла послераспада. Для уменьшения реактивности первичного охлаждающего средства путем открытия соответствующих вентилей перед резервуаром борной кислоты может подключаться насос, за счет чего делается возможным запитывание борной кислоты в первичный контур охлаждения. После резервуара борной кислоты и охладителя тепла послераспада включен один единственный общий дроссель с регулируемым сечением пропускания. Такие системы естественной циркуляции являются сложными и вряд ли могут быть приспособлены к различным случаям повреждений.

Исходя из известных систем для ограничения повреждений при аварии реактора, охлаждаемого водой под давлением, в основе изобретения лежит задача такого выполнения аварийной системы питания и борирования с учетом обычного в конструкции реакторов резервирования, чтобы с небольшими затратами могла достигаться дополнительная надежность и вводимое количество охлаждающей воды могло согласовываться с ходом аварии.

Эта задача решается согласно изобретения за счет аварийной системы питания и борирования для реактора, охлаждаемого водой под давлением, с аварийным питающим насосом и дополнительным борирующим насосом, причем параллельно к дополнительному борирующему насосу включен обходной трубопровод с обратным клапаном, и эта параллельная схема из дополнительного борирующего насоса и обратного клапана включена последовательно с аварийным питающим насосом. Через аварийный питающий насос, который позволяет питание с высоким давлением, можно производить запитывание непосредственно в систему охлаждения реактора, в частности в первичную систему напорного резервуара реактора. С помощью возможного последовательного включения дополнительного борирующего насоса и аварийного питающего насоса можно регулировать запитываемое количество, а также содержание бора запитываемой охлаждающей воды для ликвидации множества аномальных рабочих состояний. В частности, можно нацеленно устанавливать напор насосов.

Предпочтительно параллельная схема из дополнительного борирующего насоса и обратного клапана подключена к аварийному питающему насосу в направлении течения. В зависимости от требований эксплуатации и обстоятельств может также быть подключен аварийный питающий насос.

K насосам в направлении течения подключена питающая ветвь, от которой ответвляется трубопровод минимального количества для регулирования и установки напора насосов. Для этого трубопровод минимального количества является включаемым последовательно с одним из, по меньшей мере, двух ответвительных трубопроводов минимального количества. Один из ответвительных трубопроводов содержит первое место дросселирования для большого минимального количества, то есть для достижения возможно малого напора, а другой ответвительный трубопровод минимального количества имеет второе место дросселирования для малого минимального количества для достижения больших напоров насосов.

Предпочтительная форма выполнения состоит в том, что в качестве дополнительного борирующего насоса применяется центробежный насос. По сравнению с применяемыми до сих пор в качестве дополнительных борирующих насосов поршневыми насосами, на центробежные насосы можно лучше воздействовать посредством трубопровода минимального количества. В частности, не требуется никакого ограничивающего давление перепускного устройства.

Достигаемые изобретением преимущества можно видеть прежде всего в том, что напор и пропускная способность общей системы оптимально согласуются с соответствующими требованиями и что можно отказаться от отдельной системы борирования высокого давления с дополнительными затратами на нее.

Предпочтительным образом аварийная система питания и борирования в реакторе, охлаждаемом водой под давлением, служит для ликвидации аномальных рабочих состояний, таких как а) потеря охлаждающего средства, в частности, из первичной системы реактора, охлаждаемого водой под давлением, а также потеря охлаждающей воды вследствие течи в нагревательной трубе парогенератора, b) небольшая течь в первичной системе с недостаточным теплоотводом с вторичной стороны, с) поддержание уровня заполнения в напорном резервуаре реактора при состоянии "нулевая нагрузка горячо" и недоступной системе объемного регулирования, однако при невредимой первичной системе,
d) борирование первичной системы.

Под состоянием "нулевая нагрузка горячо" при этом понимают состояние реактора, охлаждаемого водой под давлением, которое задано тем, что к турбинам не отдается никакая тепловая мощность, появляется тепло послераспада и первичная система находится еще под высоким давлением и при высокой температуре. Система объемного регулирования имеет задачу, регулировать в нормальном режиме и при легких рабочих неисправностях уровень воды в устройстве поддержания давления, который изменяется за счет температурных изменений, путем отбора воды для очистки охлаждающего средства и за счет возможных течей. Она может быть выполнена также таким образом, что она не выполняет никаких аварийных функций, а эти аварийные функции берет на себя система борирования.

Предметом изобретения является также способ эксплуатации реактора, охлаждаемого водой под давлением, с аварийной системой питания и борирования и с системой охлаждения реактора, охватывающей первичную систему и вторичную систему для ликвидации приведенных аномальных рабочих случаев. В случае (а) открывают ответвительный трубопровод с местом дросселирования для больших минимальных количеств и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос. При этом через аварийный питающий насос с уменьшенным напором непосредственно запитывают охлаждающее средство в первичную систему. В случае (b) открывают ответвительный трубопровод с местом дросселирования для малого минимального количества и точно также вводят в эксплуатацию только аварийный питающий насос. В случае (с) открывают ответвительный трубопровод с местом дросселирования для малого минимального количества и вводят в эксплуатацию оба насоса, за счет чего достигается большой напор, соответствующий, например, давлению 130 бар. В случае (d) закрывают трубопровод минимального количества и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос, а также дополнительный борирующий насос. За счет этого достигается максимально большой возможный напор и запитывание охлаждающего средства происходит или непосредственно в холодный трубопровод главного охлаждающего средства первичной системы или в устройство поддержания давления, которое подключено к горячему трубопроводу главного охлаждающего средства первичной системы.

С помощью этого нового способа функции аварийной системы питания и системы борирования, исходя из общей задачи, запитывать борированную воду, объединяются таким образом, что они могут выполняться одной питающей ветвью на каждую резервированную аварийную систему питания и борирования.

Для этого аварийный питающий насос и дополнительный борирующий насос включают последовательно, однако таким образом, что аварийный питающий насос может производить транспортировку через обводной трубопровод, минуя дополнительный борирующий насос. Напор аварийной системы питания таким образом путем нацеленного включения дополнительного борирующего насоса и/или открывания трубопровода минимального количества с различными местами дросселирования согласуется с как раз имеющим место ходом аварии.

Дальнейшие признаки и преимущества предмета изобретения, а также его принцип действия поясняются ниже более подробно с помощью примера выполнения изобретения, представленного на фиг. 1 - 5, на которых показано:
фиг. 1 - схематическое включение системы,
фиг. 2 - 5 - различные характеристики для системы и/или насосов.

При этом тонкая штрихованная линия KS является характеристикой системы, тонкая вытянутая линия Т2, 11, T11, Т2 теоретической характеристикой насоса (ов) 2 или соответственно 11 и толстая вытянутая линия R2, R2, 11 действительной характеристикой насоса (ов) 2 или соответственно 11, которая получается из теоретической характеристики за вычетом соответствующего минимального количества и/или путем сложения двух характеристик. На горизонтальной оси указана скорость питания Е в кг/с, а на вертикальной оси - напор F или соответственно противодавление в м.

На фиг. 1 намечена защитная оболочка или Containment 1 реактора, охлаждаемого водой под давлением в виде толстой штрих-пунктирной линии. Вне этой защитной оболочки 1 расположен аварийный питающий насос 2, который может отсасывать или из резервуара борирования 3, а именно через моторный клапан 4 и через обратный клапан 5, или из отстойника 6 защитной оболочки 1 через моторный клапан 7. В обоих случаях он прокачивает через обратный клапан 8 и дополнительный моторный клапан 9 в питающую ветвь 10, которая ведет в защитную оболочку 1. Параллельно к обратному клапану 8 включен дополнительный борирующий насос 11, в частности центробежный насос, который при необходимости включается и при этом повышает давление в питающей ветви 10. Питающая ветвь 10 ведет через два обратных клапана 12 и 13 к двухходовому клапану 14 и оттуда или к устройству поддержания давления 15, или к не представленному более подробно холодному трубопроводу главного охлаждающего средства 16 первичной системы.

Между обоими обратными клапанами 12 и 13 через моторный клапан 17 ответвляется трубопровод минимального количества 18, который разгружается в отстойник 6 двухходовым клапаном 19 или через первый ответвительный трубопровод минимального количества 20m с местом дросселирования 20 для малого минимального количества или через второй ответвительный трубопровод минимального количества 21m с местом дросселирования 21 для большого минимального количества. В зависимости от выбора пути через место дросселирования 21 или 20 давление в питающей ветви 10 может понижаться или повышаться. При закрытом моторном клапане 17 достигается максимально возможное давление.

Устройство поддержания давления 15 соединено с горячим трубопроводом главного охлаждающего средства 22 первичной системы. Борирующий резервуар 3 имеет на своей верхней стороне вентиляционный клапан 23, который открывается при возникающем при отборе пониженном давлении.

В этом примере представлена только одна питающая ветвь 10. В зависимости от необходимого резервирования фактически имеются две или более таких ветвей 10, которые, однако, не обязательно должны быть все снабжены дополнительным борирующим насосом 11.

Фиг. 2 показывает характеристики KS, TS, R2 для случая течи нагревательной трубы парогенератора и аварий потери охлаждающего средства, то есть ответвительный трубопровод 20m с местом дросселирования 20 для малого минимального количества является закрытым, ответвительный трубопровод 21m с местом дросселирования 21 для большого минимального количества является открытым, аварийный питающий насос 2 находится в эксплуатации, а дополнительный борирующий насос 11 выведен из эксплуатации (рабочий случай а). Охлаждающая вода из отстойника 6 по питающей ветви 10 вводится в горячий трубопровод главного охлаждающего средства 16.

Фиг. 3 показывает характеристики KS, T2, R2 для случая малой течи в первичной системе охлаждения реактора, охлаждаемого водой под давлением, с нарушенным теплоотводом во вторичной системе охлаждения реактора, охлаждаемого водой под давлением, то есть место дросселирования 20 для малого минимального количества в ответвительном трубопроводе 20m является открытым, аварийный питающий насос 2 находится в эксплуатации, а дополнительный борирующий насос 11 выведен из эксплуатации (рабочий случай b). Запитывание охлаждающей воды из отстойника 6 таким образом происходит при повышенном давлении в первичную систему охлаждения.

Фиг. 4 показывает характеристики KS, T2, 11, R2, 11 для случая поддержания уровня наполнения в состоянии "нулевая нагрузка горячо" и при не имеющейся в распоряжении системе объемного регулирования, однако не поврежденной первичной системе охлаждения, то есть место дросселирования 20 для малого минимального количества в ответвительном трубопроводе 20m является открытым, аварийный питающий насос 2 и дополнительный борирующий насос 11 находятся в эксплуатации. Их напоры суммируются (рабочий случай с).

Фиг. 5 показывает характеристики для случая борирования первичной системы или разбрызгивания охлаждающего средства в устройство поддержания давления 15, то есть трубопровод минимального количества 18 закрыт через клапан 17, а аварийный питающий насос 2 и дополнительный борирующий насос 11 находятся в эксплуатации. Их напоры суммируются (рабочий случай d). В зависимости от того, происходит ли борирование первичной системы - моторный клапан 4 при этом открыт, - или происходит вбрызгивание в устройство поддержания давления 15, получается соответственно другая, не представленная характеристика для системы.

Например, аварийный питающий насос 2 может иметь нулевой напор, то есть его максимальный напор при закрытом трубопроводе минимального количества 18 может иметь величину порядка 120 бар, в то время как его действительный напор в положении готовности, то есть при открытом трубопроводе малого минимального количества, соответствует, однако, только 90 бар. Общий напор обоих насосов 2, 11 может при открытом ответвительном трубопроводе 20m, то есть при малом минимальном количестве, быть ограничен до 150 бар.

Из вышестоящих пояснений фиг. 2 - 5 становится ясно, что изобретением осуществляется способ для эксплуатации реактора, охлаждаемого водой под давлением, с аварийной системой питания и борирования, а также с системой охлаждения напорного резервуара реактора для ликвидации четырех представленных на фиг. 2 - 5 рабочих случаев, причем рабочие случаи определены следующим образом:
а) течь в нагревательной трубе парогенератора и авария потери охлаждающего средства,
b) небольшая течь в первичной системе с недостаточным теплоотводом с вторичной стороны,
с) поддержание уровня заполнения в напорном резервуаре реактора в состоянии "нулевая нагрузка горячо" и не имеющейся в распоряжении системе объемного регулирования, однако при невредимой системе обратного охлаждения,
d) борирование первичной системы.

Этот способ отличается тем, что
в случае (а):
открывают ответвительный трубопровод 21m с местом дросселирования 21 для большого минимального количества и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос (2),
в случае (b):
открывают ответвительный трубопровод 20m с местом дросселирования 20 для малого минимального количества и из двух насосов 2, 11 вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос 2,
в случае (с):
открывают ответвительный трубопровод 20m с местом дросселирования 20 для малого минимального количества и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос 2, а также дополнительный борирующий насос 11, и
в случае (d): закрывают трубопровод минимального количества (18) и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос 2, а также дополнительный борирующий насос 11.

Для ликвидации этих рабочих случаев служат поясненные выше с помощью фиг. 2-5 мероприятия.

Использование: в случае аварии в системе охлаждения реактора для снижения затрат и повышения надежности системы. Сущность изобретения: аварийная система питания и борирования реактора, охлаждаемого водой под давлением, с последовательно включенными аварийным питающим насосом /2/ дополнительно снабжена борирующим насосом /11/, который расположен в направлении течения после аварийного питающего насоса /2/ и имеет параллельно включенный обходной трубопровод с обратным клапаном /8/, а оба насоса /2, 11/ имеют общий трубопровод минимального количества /18/ с различными и переключаемыми местами дросселирования /20, 21/. 2 с. и 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Аварийная система питания и борирования (24) для реактора, охлаждаемого водой под давлением, включающая аварийный питающий насос (2) и дополнительный борирующий насос (П), параллельно которому расположен обходной трубопровод с запирающим устройством (8), причем эта параллельная схема из дополнительного борирующего насоса (11) и запирающего устройства (8) размещена последовательно с аварийным питающим насосом (2), а после указанного последовательного размещения в направлении потока расположена питающая ветвь (10), отличающаяся тем, что содержит отводящий трубопровод (18), расположенный последовательно с одним из, по меньшей мере, двух ответвленных трубопроводов (20 м, 21 м), при этом один из ответвленных трубопроводов (21 м) включает первое место дросселирования (21) с первым проходом, а другой из ответвленных трубопроводов (20 м) включает второе место дросселирования 20 со вторым меньшим проходом. 2. Аварийная система питания и борирования по п.1, отличающаяся тем, что параллельная схема из дополнительного борирующего насоса (П) и запирающего устройства (8) подключена в направлении потока к аварийному питающему насосу (2). 3. Аварийная система питания и борирования по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что запирающее устройство является обратным клапаном. 4. Аварийная система питания и борирования по одному из предыдущих пунктов, отличающаяся тем, что дополнительный борирующий насос (П) является центробежным насосом. 5. Способ эксплуатации аварийной системы питания и борирования (24) для реактора, охлаждаемого водой под давлением, с системой охлаждения реактора, содержащей первичную систему и вторичную систему для ликвидации следующих аномальных рабочих случаев: а) течь в нагревательной трубе парогенератора и потеря охлаждающего средства, б) небольшая течь в первичной системе с недостаточным теплоотводом с вторичной стороны, в) поддержание уровня заполнения в напорном резервуаре реактора при состоянии "Нулевая загрузка горячо" и не имеющейся в распоряжении системы объемного регулирования, но при неповрежденной первичной системе, и г) борирование первичной системы, причем в аварийной системе питания и борирования (24) аварийный питающий насос (2) включают последовательно с параллельной схемой из дополнительного борирующего насоса (11) с одной стороны и обходного трубопровода с обратным клапаном (8) с другой стороны, а питающую ветвь (10) подсоединяют к последовательной схеме ниже по потоку, отличающийся тем, что от питающей ветви (10) отводят отводящий трубопровод (18), расположенный последовательно с ответвленным трубопроводом (21 м) с первым местом дросселирования с первым проходом или с ответвленным трубопроводом (20 м) с вторым местом дросселирования со вторым меньшим проходом, при этом в случае (а) открывают ответвленный трубопровод (21 м) и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос (2), в случае (б) открывают ответвленный трубопровод (20 м) и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос (2), в случае (в) открывают ответвленный трубопровод (20) и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос (2), а также дополнительный борирующий насос (11), и в случае (г) закрывают отводящий трубопровод (18) и вводят в эксплуатацию аварийный питающий насос (2), а также дополнительный борирующий насос (11).